机械臂作为一种平面三自由度冗余机械手,广泛应用于空间站卫星天线系统、高速车辆操作系统的构型、机器人与操作机械臂作业和挖掘机完成挖掘任务等。作为主要受力部件,其性能直接决定完成一项任务的成败,而且要求高速、准确的操作以及能在恶劣环境下工作,这些对系统构型也提出新的要求。通过对机械臂进行动力学分析,为产品的更新换代、新产品的研发、降低研发成本和缩短研发周期提供参考依据。本文以23t液压挖掘机机械臂为例,通过对复杂模型进行简化,采用相对笛卡尔坐标方法建立三自由度挖掘机机械臂系统的数学模型、动力学方程,及约束方程。通过三维建模软件建立工作装置的实体模型,并建立刚柔耦合系统的虚拟样机仿真流程,然后结合有限元软件Ansys和多体动力学软件RecurDyn对整个工作装置进行数值求解。研究结果主要包括两部分:第一部分为刚体动力学分析,得到主要受力部件大臂、斗杆和铲斗在挖掘过程中的位移、速度、加速度及连接各部件铰链的铰点力随时间的变化规律。第二部分为刚柔耦合动力学分析,采用混合坐标方法,建立大臂柔性体的动力学模型。考虑弹性变形时,得到大臂为柔性体时连接大臂销孔附近的应力、位移随时间的变化曲线,以及大臂在受力最大时刻的应力云图和位移云图。通过对挖掘机机械臂进行刚柔耦合动力学分析,能够更加直观的了解机构运动过程中部件受力的变化,对其可能会出现的问题进行预测和评估,研究结果具有重要的工程意义。